المشغلات الهيدروليكية الخطية Hydraulic Cylinder

• 1.مقدمة عن المشغلات الهيدروليكية

تقوم المشغلات الهيدروليكية بوظيفة هى عكس الوظيفة التى تقوم بها المضخات في النظام الهيدروليكي، حيث انها تعمل علي تحويل الطاقة الهيدروليكية التى يحملها السائل الهيدروليكي والتى إكتسبها من المضخة إلي طاقة ميكانيكية يتم توصيلها إلي الحمل فيتحرك.

يتم الحصول علي الطاقة الميكانيكية  علي هيئة حركة خطية وفي هذه الحالة يكون المشغل عبارة عن اسطوانة بداخلها مكبس متصل به عمود والذي يتحرك حركة خطية ليخرج من الأسطونة,(extend) أو يدخل إلي الأسطوانة (retract)، كما في شكل ١. او يتم الحصول علي  الطاقة الميكانيكية علي هيئة حركة دورانية، إما حركة دورانية محدودة بزاوية دوران او عدد دورات معينة ويكون فيه المشغل عبارة عن  (oscillation hydraulic motor) كما في شكل ٢، أو حركة دورانية مستمرة وفي هذه الحالة يكون المشغل عبارة عن (continuous rotary hydraulic motor)، كما فى شكل ٣.

• 2.المشغلات الهيدروليكية الخطية (الإسطوانات الهيدروليكة).

تعمل الإسطوانات الهيدروليكية علي تحويل الطاقة الهيدروليكية إلي طاقة ميكانيكية علي صورة حركة خطية. 

• a.تركيب الإسطوانة الهيدروليكية   

تتكون الإسطوانة الهيدروليكية من الأجزاء التالية، كما في شكل ٤:.

1. رأس الإسطوانة (cylinder head)، والتى تغلق الإسطوانة من ناحية عمود المكبس.
2. غطاء الإسطوانة(cylinder cap) والتى تغلق الإسطوانة من ناحية المكبس.
3. عمود المكبس(piston rod)، والذى ينقل الحركة من المكبس إلي الحمل.
4. المكبس (piston)، والذى يتحرك بفعل قوة ضغط الزيت.
5. الإسطوانة (barrel)، والتى يتحرك داخلها المكبس وتضم فتحات لدخول وخروج الزيت.
6. Gland والذى يضمن ان محور عمود المكبس يكون منطبق مع محور الإسطوانة.
7. Cushions او الوسائد والتى تعمل علي إبطاء سرعة حركة المكبس قبل وصوله لنهاية المشوار(extension or retraction) لتقليل قوة اصطدام المكبس برأس الإسطوانة فتقل الضوضاء الناتجة من هذا الإصطدام ولا يحدث تلف للاسطوانة او المكبس  نتيجة ذلك الأصطدام العالي.كما في شكل٥.
8. مجموعة الشنابر seals وهى كالأتى:

1. Piston seal   والذى يمنع التسريب الداخلي للزيت من منطقة الضغط المرتفع في الإسطوانة إلي منطقة الضغط المنخفض عبر الخلوص بين السطع الخارجى للمكبس والسطع الداخلي للإسطوانة
2. Stem seal  والذى يمنع تسريب الزيت  بين السطع الداخلى للمكبس و (rod stem) 
3. Gland seal، والذي يمنع تسريب الزيت من الأسطوانة عبر الخلوص بين السطح الخارجى للgland   وسطح الإسطوانة الداخلى. 
4. Rod seal ، والذي يمنع تسريب الزيت من الإسطوانة عبر الخلوص بين السطح الداخلي لل gland والسطح الخارجى لعمود المكبس.
5. Wiper seal، والذي يمنع الأتربة والقذورات الموجودة في الوسط الخارجى من الدخول للإسطوانة.
6. 

7. • b.تثبيت الإسطوانة الهيدروليكية (Cylinder Mounting)   

   يمكن تثبيت الإسطوانة الهيدروليكية علي أكثر من شكل. كما في شكل٦.

   1. يتم تثبيت الإسطوانة بأستخدام Flange  مربوطة برأس الإسطوانة، وفي هذا التثبيت تكون الإسطوانة ثابتة.
   2. يتم تثبيت الإسطوانة باستخدام رجل Foot، وفي هذا التثبيت تكون الإسطوانة ثابتة.
   3.  Trunnion mounting، وفي هذا التثبيت تكون الإسطوانة ثابتة.
   4. Eye or Clevis mounting، وفي هذا الشكل من التثبيت يمكن للاسطوانة الدوران بزاوية معينة مع حركة عمود المكبس، ونجد هذا الشكل من التثبيت مع الإسطوانات المستخدمة لتحريك أذرع المعدات الثقيلة مثل الحفار او الونش وغيرهم من المعدات الثقيلة.

   

• C.تصنيف الأسطوانات الهيدروليكية (Classifications of Hydraulic Cylinders)

• 1.Single acting cylinder 

وهى ابسط انواع الإسطوانات الهيدروليكة، وتظهر في شكل ٧، وتتكون من مكبس يتحرك داخل جسم الأسطونة، ويربط في جهة واحدة من المكبس العمود والذي يتمدد  الي خارج الاسطونة هيدروليكياً بواسطة ضغط الزيت علي المكبس  والذي يدخل إلي الأسطوانة   خلال جهة  blank end قادماً من المضخة. في مشوار رجوع العمود إلي داخل الأسطوانة ، لا يدخل الزيت إلي الأسطوانة خلال جهة rod end  اي لا يتم مشوار رجوع العمود لداخل الاسطوانة هيدروليكياً، ولكن مشوار الرجوع يتم أما يدوياً أو بواسطة الجازبية أو بواسطة قوة ضغط spring موجود في جهة cylinder rod end، ويخرج الزيت من الاسطوانة من جهةblank end  إلي الخزان. وبهذا تضم الاسطونة فتحة واحدة لدخول وخروج الزيت موجودة في جهة blank end. 

• 2.Double acting cylinder

• في نوع من الاسطوانات، وتظهرفي شكل ٤، يحدث مشوار خروج العمود من الاسطوانة (extension) او دخوله للأسطوانة(retraction) هيدروليكياً. بحيث ان القوه الناتجة من الاسطوانة يمكن ان تطبق في الاتجاهين (extension او retraction).
• يوجد فتحتين في الاسطوانة فتحة عند cylinder blank end، وفتحة عند cylinder rod end.

• في مشوار extension يدخل الزيت للاسطوانة من جهة cylinder blank end قادماً من المضخة حيث يتم توصيل هذه الجهة من الاسطوانة بخط الزيت الخارج من المضخة عبر الصمام الاتجاهى ويؤثر الزيت بقوة ضغط علي المكبس(piston) فيتحرك وينقل حركته إلي العمود( rod)، والذي يتمدد خارج الاسطوانة، ويدفع المكبس الزيت الموجود في جهة cylinder rod end ليخرج من الاسطوانة إلي الخزان حيث ان هذه الجهة من الاسطوانة يتم توصيلها بالخزان عبر الصمام الاتجاهى.  كما في شكل ٨.
•  أما في مشوار retraction يدخل الزيت الاسطوانة من جهة cylinder rod end قادماً من المضخة حيث يتم توصيل هذه الجهة من الاسطوانة بالخط الخارج من المضخة عبر الصمام الاتجاهى ويؤثر الزيت بقوة ضغط علي المكبس فيتحرك وينقل حركته إلي العمود( rod)، والذي ينكمش الي داخل الاسطوانة، ويدفع المكبس الزيت الموجود في جهة cylinder blank end ليخرج من الاسطوانة إلي الخزان حيث ان هذه الجهة من الاسطوانة يتم توصيلها بالخط الراجع الي بالخزان  عبر الصمام الاتجاهى. كما في شكل ٩.
• 
• • 3.Tandem Cylinder

  وهى اسطوانة تتكون من اسطوانتين double acting موصلين علي التوالي، كما في شكل ١٠، ويكون الغرض منها الحصول علي قوى كبيرة باستخدام اسطوانة بأبعاد صغيرة، حيث انه في مشوار خروجrod من الاسطوانة(extension stroke)، يدخل الزيت إلي الأسطوانتين من جهة blank end قادما من المضخة فيؤثر بقوة ضغط علي مساحة المكبس للاسطوانة الاولى، ويؤثر في نفس الوقت بقوة ضغط علي مساحة المكبس للاسطوانة الثانية  ويخرج الزيت من جهة cylinder rod   end للإسطوانتين للخزان ، فتكون القوة الكلية الناشئة علي عمود المكبس تساوى مجموع قوتى الضغط للزيت علي مساحة كل مكبس. وبالتالى تم مضاعفة القوى الناتجة علي عمود المكبس لنفس قطر الأسطوانة.

• • 4 Three Positions Hydraulic Cylinder

  وفي هذا النوع من الإسطوانات كما في شكل ١١، يتم الحصول علي ثلاث أوضاع لحركة عمود المكبس، وضع التمدد الكامل(Fully extension) يخرج فيه عمود المكبس كليا من الأسطوانة، ووضع الأنكماش  الكامل(Fully retraction) يدخل فيه عمود المكبس كليا الي الاسطوانة، ووضع المنتصف (mid position) ويحدث  فيه ان عمود المكبس يدخل جزء منه لداخل الإسطوانة بينما يظل فيه جزء في الخارج.

  

• في شكل١١، مع توصيل فتحة A بالخط الخارج من المضخة، وتوصيل فتحتى B,C  بالخط الراجع للخزان، يحدث Fully Retraction  stroke للعمود.  ومع توصيل فتحتى  B,C بالخط الخارج من المضخة، وتوصيل فتحة A بالخط الراجع للخزان، يحدث Fully Extension stroke للعمود. ومع توصيل فتحتى  A,C بالخط الخارج من المضخة، وتوصيل فتحة B بالخط الراجع للخزان، يحدث Partially Retraction stroke للعمود، حيث انه جزء من عمود المكبس داخل الاسطوانة وجزء اخر خارج الاسطوانة. 
  • 5.Telescopic Cylinder

  يظهر هذا النوع من الاسطوانات في شكل ١٢، وهى تحتوى علي اكثر من اسطوانة تنزلق داخل بعضها البعض، وهذه الإسطوانات تستخدم عندما يكون طول المشوار المطلوب كبير، واحد التطبيقات علي هذا الإسطوانة التيلسكوبية هى شاحنات الشوكة عالية الرفع(High -lift fork truck).